湖北省竹溪縣地質(zhì)災(zāi)害成因機(jī)理與局部構(gòu)造關(guān)系

聶 進(jìn) 王孔偉 路永強(qiáng)

(三峽大學(xué) 三峽庫區(qū)地質(zhì)災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖北 宜昌 443002)

地質(zhì)災(zāi)害的形成是由多種因素共同造成的，不同類型的地質(zhì)災(zāi)害其形成條件受地質(zhì)環(huán)境的影響也不盡相同[1].地質(zhì)災(zāi)害的規(guī)模、數(shù)量，主要取決于4個方面：工程地質(zhì)條件(地形地貌、新構(gòu)造運(yùn)動強(qiáng)度和方式、巖土體工程地質(zhì)類型和地質(zhì)構(gòu)造條件)、水文氣象條件(包括降水強(qiáng)度和降水量、水流速度和水流量)、植被發(fā)育程度和人類活動影響程度等[2-3].其中，地質(zhì)構(gòu)造因素起主導(dǎo)控制作用[4].因此，弄清地質(zhì)災(zāi)害賦存的地質(zhì)環(huán)境因素是研究地質(zhì)災(zāi)害成因機(jī)理的前提[5-6].前人對竹溪縣地質(zhì)災(zāi)害的研究往往側(cè)重于對單個地質(zhì)災(zāi)害的研究，忽略了整個區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害之間的關(guān)系[7-9].竹溪縣地質(zhì)災(zāi)害無論是在區(qū)域還是在個體的存在部位都存在一定的規(guī)律性，這種規(guī)律性表現(xiàn)出地質(zhì)環(huán)境對地質(zhì)災(zāi)害成因演化的控制作用，對預(yù)測地質(zhì)災(zāi)害未來演化及其穩(wěn)定性評價具有重要的意義.本文主要從竹溪縣地質(zhì)災(zāi)害的特征和成因入手，在野外地質(zhì)調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，對竹溪縣地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害之間的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行深入研究.

1 竹溪縣地質(zhì)狀況

1.1 地形地貌

湖北省竹溪縣地處大巴山脈東段北坡，境內(nèi)由于地殼強(qiáng)烈隆升形成深切溝谷、山巒陡峻、河溝溪溝發(fā)育，山體多呈東西向延伸.竹溪縣最高點(diǎn)為西南部的蔥坪，海拔2 740 m，最低點(diǎn)為東北部的爛泥灣，海拔276 m.總體上反映出南高北低、西高東低的地勢特征.

1.2 水文地質(zhì)

竹溪縣境內(nèi)地表水和地下水的宏觀流向均受地勢、巖性制約，其動態(tài)變化受大氣降雨的影響.地下水按含水介質(zhì)特征、賦存條件及水動力特征，可劃分為：松散孔隙含水巖類、碎屑巖裂隙含水巖類、碳酸鹽巖溶含水巖類、巖漿巖-變質(zhì)巖裂隙含水巖類.境內(nèi)河流發(fā)育，流域面積在100 km2以上的較大河流有7條，分別是竹溪河、匯灣河、萬江河、泉河、瓦滄河、厚河、大河.

1.3 區(qū)域構(gòu)造

湖北省竹溪縣地域范圍橫跨揚(yáng)子地臺臺緣褶皺帶和秦嶺構(gòu)造帶兩個構(gòu)造單元.竹溪縣以北為武當(dāng)復(fù)式背斜，南東與神農(nóng)架斷穹相鄰，位于兩大構(gòu)造單元的復(fù)合部位，以城口-青峰斷裂弧形構(gòu)造帶為界，南部為揚(yáng)子地臺臺緣褶皺帶，北部為秦嶺造山帶[10].

秦嶺造山帶內(nèi)主要表現(xiàn)為北西向構(gòu)造，整體構(gòu)造擠壓方向?yàn)楸睎|向，在該構(gòu)造應(yīng)力場作用下形成兩組共軛剪切裂隙，走向分別為近東西向和北東向，沿此共軛剪節(jié)理系后期分別發(fā)育形成近東西向的竹溪斷裂(又叫獅子壩-黃龍寨斷裂)以及如圖1所示的10號斷裂以及北東向的泉河斷裂.北西向構(gòu)造為一推覆構(gòu)造，在其根部形成張性盆地，充填白堊系和第三系地層，其前鋒帶位于蔣家堰、龍壩、鄂坪、泉溪一帶.據(jù)此將竹溪縣劃分為南部山區(qū)(豐溪斷裂以南地區(qū))，中部山區(qū)(豐溪斷裂-竹溪斷裂之間的地區(qū))和北部山區(qū)(竹溪斷裂以北地區(qū)).同時在北部山區(qū)又可以劃分為3個區(qū)，分別為：河套區(qū)、推覆體前鋒帶以及推覆體疊瓦扇帶.

圖1 竹溪縣構(gòu)造綱要圖

1.4 新構(gòu)造運(yùn)動

竹溪縣新構(gòu)造活動的表現(xiàn)形式有兩種：一種為地質(zhì)歷史時期長期發(fā)展的活動性區(qū)域斷裂，晚近期活動頻繁，有明顯的繼承性.揚(yáng)子地臺北緣大斷裂(青峰斷裂)的地球物理場將該區(qū)域分為兩個類型區(qū)，重力異常在青峰斷裂以北顯示區(qū)域負(fù)異常，以南顯示區(qū)域正異常，反映出兩側(cè)基地性質(zhì)及后期構(gòu)造引起地殼均衡補(bǔ)償特征不一致.人工地震顯示該斷裂地震波有明顯的北移現(xiàn)象，控制白堊系紅層盆地.另一條活斷裂為竹溪斷裂(獅子壩-黃龍寨斷裂)，其南側(cè)持續(xù)上升，北側(cè)持續(xù)下降，控制著更新世洪積扇群的分布，在地貌上表現(xiàn)為斷層三角面山.

1.5 地層巖性

竹溪縣廣泛分布有震旦系-第四系，局部缺失侏羅系、白堊系、第三系.該區(qū)地層巖性具有明顯的分區(qū)性，與構(gòu)造分區(qū)基本一致，以揚(yáng)子地臺北緣斷裂為界，南部出露地層為后揚(yáng)子蓋層構(gòu)造，巖性主要為藻礁碎屑化學(xué)沉積的碳酸巖類，其次為陸源碎屑沉積的泥硅質(zhì)巖類.北部為后加里東蓋層構(gòu)造，巖性主要為低級變質(zhì)巖，陸源碎屑沉積巖和少量化學(xué)沉積碳酸巖，其間有超基性、堿性巖漿巖侵入.

2 地質(zhì)構(gòu)造對地質(zhì)災(zāi)害的影響

地質(zhì)構(gòu)造對竹溪縣地質(zhì)災(zāi)害的影響體現(xiàn)在如下幾個方面，第一是區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造對竹溪縣地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)的影響，主要表現(xiàn)為大地構(gòu)造分區(qū)與地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)的一致性；第二為局部地質(zhì)構(gòu)造對竹溪縣地質(zhì)災(zāi)害類型以及地質(zhì)災(zāi)害密度上的影響，體現(xiàn)為同一局部構(gòu)造不同部位地質(zhì)災(zāi)害類型的變化以及地質(zhì)災(zāi)害密度的變化；第三為新構(gòu)造隆升規(guī)律控制著竹溪縣地貌特征的總體走勢，決定了斜坡形成的先后順序，進(jìn)而造成不同高程地質(zhì)災(zāi)害類型的變化.

2.1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造對地質(zhì)災(zāi)害的控制

區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造對地質(zhì)災(zāi)害的影響主要表現(xiàn)為大地構(gòu)造分區(qū)與地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)的一致性.中生期時代，秦嶺造山帶仰沖于揚(yáng)子板塊之上，形成了大巴山雙重構(gòu)造帶，形成了竹溪縣北西向構(gòu)造格局，派生了東西向和北東向構(gòu)造線.奠定了竹溪縣地質(zhì)災(zāi)害空間分布格局的形成，表現(xiàn)為地質(zhì)災(zāi)害的展布方向與區(qū)域構(gòu)造線走線一致，以及地質(zhì)災(zāi)害類型隨區(qū)域構(gòu)造分區(qū)的變化而變化.南部揚(yáng)子地臺臺緣褶皺帶，構(gòu)造線走向近東西向，河流發(fā)育方向明顯受構(gòu)造線走向所控制，區(qū)內(nèi)主要幾條河流(大河、小河、厚河、瓦滄河)流向皆為東西向，進(jìn)而造成地質(zhì)災(zāi)害空間分布方向同樣具有東西走向的特征.北部秦嶺造山帶構(gòu)造線走向?yàn)楸蔽飨颍殡S兩組共軛剪切節(jié)理，分別為近東西向和北東向，沿這兩組節(jié)理分別發(fā)育了近東西向的竹溪河和匯灣河，以及北東向的泉河，造成區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害展布方向分別為近東西向、北西向和北東向.在此種構(gòu)造背景之下，竹溪縣全境地質(zhì)災(zāi)害整體表現(xiàn)為南崩、北滑、中崩滑以及東西分異的分布格局，如圖2所示.

圖2 竹溪縣地質(zhì)災(zāi)害分布圖

南崩就是指揚(yáng)子地臺北緣大斷裂以南地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害中崩塌發(fā)育，全縣23處崩塌中有12個位于該區(qū)，占崩塌總數(shù)的52.1%，竹溪縣境內(nèi)的幾個大型崩塌皆分布于該區(qū)，大河流域的五里峽不穩(wěn)定斜坡，厚河流域的雷達(dá)巖不穩(wěn)定斜坡皆為由崩塌堆積體構(gòu)成的不穩(wěn)定斜坡，其中五里峽崩塌造成的崩塌堆積物方量達(dá)到800×104m3.

北滑就是指竹溪斷裂以北地區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害以滑坡為主，分布大小滑坡96個，占全區(qū)滑坡總數(shù)的41.5%.竹溪縣境內(nèi)兩個特大型滑坡中的一個位于該區(qū)(羅家坡滑坡)，全縣大型滑坡12處，在該區(qū)分布有4處.中崩滑就是指竹溪斷裂以南到揚(yáng)子地臺北緣大斷裂之間的廣大區(qū)域，分布有匯灣河和泉河，地質(zhì)災(zāi)害表現(xiàn)為崩塌與滑坡并存，全縣崩塌總數(shù)23處，分布于該區(qū)的有9處，占全縣崩塌總數(shù)的39.1%.分布大小滑坡116處，占全縣滑坡總數(shù)的50.2%，竹溪縣境內(nèi)特大型滑坡在該區(qū)分布有一處，全縣大型滑坡12處，在該區(qū)分布有7處.

2.2 局部地質(zhì)構(gòu)造對地質(zhì)災(zāi)害的控制

竹溪縣地質(zhì)災(zāi)害與局部地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系也十分密切，處于不同的局部構(gòu)造環(huán)境，地質(zhì)災(zāi)害種類、發(fā)育程度明顯不同，主要體現(xiàn)在如下幾個方面：

1)南部山區(qū)褶皺類型對地質(zhì)災(zāi)害的控制作用

南部山區(qū)的褶皺類型具有斷層相關(guān)褶皺特點(diǎn)，具有一翼緩，一翼陡的特征.地質(zhì)災(zāi)害主要集中于褶皺緩傾角的翼部，主要類型表現(xiàn)為滑坡，褶皺陡傾角翼部地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育，如發(fā)育地質(zhì)災(zāi)害以崩塌為主，其在褶皺中形成的層間剪切面被后期滑坡滑帶所繼承，滑坡形成機(jī)理如圖3所示.例如小河流域位于斷層傳播褶皺的緩傾翼部，地質(zhì)災(zāi)害以滑坡為主，大河流域位于斷層傳播褶皺的陡傾翼，地質(zhì)災(zāi)害以崩塌為主.

圖3 斷層傳播褶皺緩傾翼滑坡演化示意圖

2)推覆構(gòu)造不同部位對地質(zhì)災(zāi)害的控制作用

逆沖推覆構(gòu)造產(chǎn)出于擠壓構(gòu)造環(huán)境，在逆沖方向上具有分帶性特征，主要表現(xiàn)為自根帶、中帶到前鋒帶的變形特征，以及相關(guān)的后緣帶和外緣帶.根帶是逆沖構(gòu)造的起始部位，主要表現(xiàn)為強(qiáng)烈擠壓，根帶位置往往被后期變形所覆蓋，其具體位置較難確定，但根據(jù)后緣帶的張性特點(diǎn)，發(fā)育有正斷層控制的小型斷陷盆地來確定根帶的相對位置；中帶又叫疊瓦扇構(gòu)造帶，次一級逆沖斷裂傾向根帶，中帶變形相對較弱，巖層傾角開始陡立；前鋒帶擠壓作用再次加強(qiáng)，特別是脆性破裂作用進(jìn)一步加強(qiáng)，巖層傾角加大，形成破碎帶，分布碎裂巖.

竹溪縣位于大巴山弧形構(gòu)造帶的東部邊緣，如圖4所示.境內(nèi)北部山區(qū)(竹溪斷裂以北地區(qū))位于一推覆構(gòu)造體的前鋒帶和疊瓦扇構(gòu)造帶部位，該推覆體被竹溪斷裂切割成兩個部分，具有右旋走滑的特點(diǎn)，地質(zhì)災(zāi)害主要位于推覆體的前鋒帶部位(蔣家堰鎮(zhèn))，向疊瓦扇部位(龍壩鄉(xiāng))地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量明顯減少，如圖5所示.地質(zhì)災(zāi)害分布特征明顯與推覆構(gòu)造分帶性相一致，同時在推覆體的前鋒帶分布有火山巖體，局部加熱作用造成變質(zhì)作用加強(qiáng)，形成一個局部千枚巖變質(zhì)巖分布區(qū).

圖4 大巴山弧形構(gòu)造帶構(gòu)造樣式(奉節(jié)附近)

圖5 推覆構(gòu)造部位地質(zhì)災(zāi)害統(tǒng)計(jì)圖

3)板理構(gòu)造產(chǎn)狀對地質(zhì)災(zāi)害的控制作用

竹溪縣內(nèi)的秦嶺構(gòu)造帶東部分布大面積的板巖，其板理走向?yàn)楸蔽飨颍c區(qū)域構(gòu)造線方向基本一致，板理產(chǎn)狀(走向)與區(qū)域構(gòu)造擠壓方向垂直，表明當(dāng)時的擠壓應(yīng)力為北東向，從板理構(gòu)造的傾角分析當(dāng)時的水平擠壓應(yīng)力的俯角為30°左右，表明現(xiàn)今應(yīng)力場與古應(yīng)力場具有繼承性.該地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害類型主要為滑坡，且具有傾倒變形-折斷-滑坡的形成規(guī)律.首先板巖沿著陡傾板理面在重力作用下發(fā)生傾倒變形，傾倒變形體折斷，碎裂巖體堆積于坡面，形成不穩(wěn)定斜坡.其次斜坡上的碎裂巖體產(chǎn)狀由于折斷變緩，裂隙開度較大，地下水在地下形成匯水區(qū)域.坡體開始下坐變形，地形也隨著發(fā)生改變.最后，滑坡的整體面貌形成.板理的高傾角特點(diǎn)決定了該區(qū)域變質(zhì)巖地質(zhì)災(zāi)害的成因與后期重力變形關(guān)系密切.

2.3 新構(gòu)造對地質(zhì)災(zāi)害的控制

新生代以來竹溪縣始終處于隆升區(qū)域：主要表現(xiàn)為西部和南部的持續(xù)隆升，南部隆升區(qū)域主要表現(xiàn)為揚(yáng)子地臺臺緣褶皺帶的持續(xù)隆升，從隆升階段來看，分布有三級夷平面：鄂西期夷平面、山原期夷平面、云夢期夷平面.在竹溪河流域主要分布二級夷平面，夷平面高程分別為500 m和800 m，相當(dāng)于山原期和云夢期夷平面，南部山區(qū)和西部山區(qū)存在高程在1 000～1 200 m左右的夷平面，相當(dāng)于鄂西期夷平面.夷平面的存在奠定了竹溪縣的斜坡系統(tǒng)，表現(xiàn)為三套斜坡體系，竹溪縣地質(zhì)災(zāi)害高程分布特征與這三期斜坡系統(tǒng)存在密切的對應(yīng)關(guān)系.形成竹溪縣南北分割，東西分異的地質(zhì)災(zāi)害格局，竹溪縣地質(zhì)災(zāi)害主要分布于500 m夷平面附近(見表1).

表1 竹溪縣夷平面與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系

竹溪縣地殼抬升的幅度表現(xiàn)為由南向北、由西向東逐漸減弱的特點(diǎn)，造就了境內(nèi)南高北低、西高東低的特征.大巴山區(qū)表現(xiàn)為雙重構(gòu)造，形成抬升幅度最高的地區(qū)，向東山體高度降低，河流從東向西逐漸加長，形成向源侵蝕，斜坡傾角同樣具有向西變陡的特點(diǎn)，地質(zhì)災(zāi)害類型產(chǎn)生東西分化，整體表現(xiàn)為西部地區(qū)崩塌相對集中、東部地區(qū)滑坡相對集中的特點(diǎn).竹溪縣南部山區(qū)與三峽地區(qū)抬升階段基本一致，在三峽地區(qū)奉節(jié)-巫山地區(qū)抬升幅度最高，該區(qū)域向北進(jìn)入竹溪縣境內(nèi)，形成南部山區(qū)地貌形態(tài).向北向東山體逐漸變低.由此可見竹溪縣地質(zhì)災(zāi)害類型空間分化特征與中新生代境內(nèi)的不均勻性隆升相關(guān).同時竹溪斷裂新生代活動特征造成前人所說的竹溪新生代斷陷盆地的形成，并在竹溪斷裂帶附近形成了沖積扇群的發(fā)育，控制了竹溪河二級階地上地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育.

新構(gòu)造運(yùn)動塑造了本區(qū)的原始地貌景觀，其間歇性抬升機(jī)理決定了本區(qū)夷平面的分布特征，以及河流階地的分布特征，形成了境內(nèi)垂向斜坡系統(tǒng)，根據(jù)夷平面的分布特征，竹溪縣秦嶺區(qū)可以劃分為兩個斜坡系統(tǒng)，對應(yīng)著二級夷平面，地質(zhì)災(zāi)害主要集中于500 m左右的夷平面之上.同時通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)竹溪河河流階地有兩級，地質(zhì)災(zāi)害分布主要分布于二級階地之上.

2.3.1 竹溪河二級階地上地質(zhì)災(zāi)害特征

竹溪河二級階地上地質(zhì)災(zāi)害的類型主要為不穩(wěn)定斜坡和滑坡，主要受更新世未固結(jié)和弱固結(jié)土體的臨空面特征和地下潛水面特征所控制.形成原因主要有兩點(diǎn)，一為坡腳開挖造成，當(dāng)?shù)鼐用裥藿ǚ课?，開挖坡腳，在房屋后側(cè)形成2～5 m陡坎，受降雨的影響在陡坎的上部形成張裂隙，沿張裂隙土體下坐形成局部地質(zhì)災(zāi)害；二為地下潛水位偏低，在雨季上部土體飽水條件下，形成局部水力坡度改變，造成水力坡度增加，上部土體具有沿地下潛水面下滑的趨勢.如彭家院子滑坡、蘆溝村5組滑坡.

2.3.2 夷平面上地質(zhì)災(zāi)害特征

夷平面作為地貌單元，應(yīng)該經(jīng)歷過較長時間的風(fēng)化剝蝕作用，相比溝谷部位總體上應(yīng)該是地質(zhì)災(zāi)害少發(fā)地區(qū)，但竹溪縣變質(zhì)巖巖組分布區(qū)特殊的結(jié)構(gòu)特征造成夷平面附近形成了一種特殊的滑坡類型，表現(xiàn)為傾倒變形-折斷-滑坡的形成規(guī)律.該類滑坡主要集中于水坪鄉(xiāng)北部二級夷平面上以及雙竹林場獅子埡分廠馬家溝內(nèi).

由于巖體卸荷傾倒變形，折斷形成堆積型斜坡，在地下水的作用下風(fēng)化強(qiáng)烈，逐漸下坐，最終形成階梯狀結(jié)構(gòu)，演變成滑坡.同時在北部山區(qū)夷平面附近的地質(zhì)災(zāi)害類型基本都具有此特點(diǎn).

2.3.3 河谷底部地質(zhì)災(zāi)害的特征

河谷底部地質(zhì)災(zāi)害類型主要受巖層或板理面的結(jié)構(gòu)特征所控制，對于順向結(jié)構(gòu)滑坡存在殘破積的演化過程，滑帶可以由層面組成，同時存在切層部位，切層之后形成堆積型順層滑坡，如李家坡滑坡.對于反向坡結(jié)構(gòu)組成的坡體，其滑坡滑帶主要是強(qiáng)風(fēng)帶的底界面，主要由殘積物所組成，在雨季強(qiáng)風(fēng)化帶飽水之后，整體沿強(qiáng)風(fēng)化帶底界面剪切滑出，如宋家溝滑坡.

3 結(jié) 語

地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的條件包括地形地貌、構(gòu)造運(yùn)動等內(nèi)因以及降雨、地震、人類工程活動等外因.內(nèi)因?qū)?zāi)害的產(chǎn)生起主導(dǎo)作用，只有內(nèi)因具備的情況下，外因才能起作用，而內(nèi)因中起控制作用的是地質(zhì)構(gòu)造，因此地質(zhì)構(gòu)造因素在整個災(zāi)害的形成和分布中起主導(dǎo)控制作用，也在很大程度上影響災(zāi)害的易發(fā)性.

竹溪縣構(gòu)造條件復(fù)雜，屬于構(gòu)造變形強(qiáng)烈的地區(qū)，地殼強(qiáng)烈隆升造成境內(nèi)南高北低、西高東低的地勢特征.南部揚(yáng)子地臺臺緣褶皺帶以及北部秦嶺造山帶控制著河流發(fā)育方向，進(jìn)而造成地質(zhì)災(zāi)害空間分布方向與其構(gòu)造方向一致性的特征.構(gòu)造運(yùn)動與地形造成竹溪縣全境地質(zhì)災(zāi)害整體表現(xiàn)為南崩、北滑、中崩滑以及東西分異的分布格局.南部山區(qū)斷層相關(guān)褶皺樣式使得地質(zhì)災(zāi)害主要集中于褶皺緩傾角的翼部，且地質(zhì)災(zāi)害主要類型表現(xiàn)為滑坡.北部逆沖推覆構(gòu)造的地質(zhì)災(zāi)害與其分帶性具有一致性，主要集中在前鋒帶.不同時期的隆升造成境內(nèi)不同的斜坡體系，進(jìn)而造成竹溪縣地質(zhì)災(zāi)害高程分布不同特征：竹溪河二級階地上地質(zhì)災(zāi)害的類型主要為不穩(wěn)定斜坡和滑坡；夷平面附近由于變質(zhì)巖巖組特殊的結(jié)構(gòu)特征形成堆積型斜坡；河谷底部地質(zhì)災(zāi)害主要受巖層或板理面的結(jié)構(gòu)特征所控制，形成不同類型的地質(zhì)災(zāi)害.